Imbangan jisim
- Keadaan mantap
- masuk = keluar
- Imbangan jumlah
- ṁ1 + ṁ2 = ṁ3
- Imbangan komponen
- ṁ1x1 + ṁ2x2 = ṁ3x3
- Penyejat
- F·xF = P·xP, W = F − P
Imbangan Bahan dan Tenaga: pek ulang kaji kilat
Lembaran formula, langkah kaedah utama untuk setiap topik dan 8 soalan latihan, dengan penyelesaian penuh di bahagian belakang.
1Formula dan kaedah
Imbangan tenaga
- Haba ketara
- Q = ṁ·cp·ΔT
- Haba pendam
- Q = ṁ·hfg
- Pencampuran
- ΣṁcpTin = ΣṁcpTout
- Air
- cp ≈ 4.18 kJ/(kg·K)
Hukum gas unggul
- Hukum gas unggul
- pV = nRT
- Pemalar gas
- R = 8.314 J/(mol·K)
- Hukum gas gabungan
- p1V1/T1 = p2V2/T2
- Mol
- n = m/M
- Suhu
- T[K] = T[°C] + 273.15
Stoikiometri
- Mol
- n = m/M
- Kepekatan
- c = n/V
- Nisbah mol
- gunakan pekali persamaan seimbang
- Bahan tindak balas pengehad
- yang habis dahulu
- Hasil peratusan
- sebenar / teori × 100%
Kaedah
- Tulis dan seimbangkan persamaan kimia.
- Tukar jisim yang diberi kepada mol: n = m/M.
- Gunakan pekali sebagai nisbah mol untuk mencari mol bahan yang anda mahu.
- Tukar balik kepada jisim dengan m = n·M. Dengan dua bahan tindak balas, cari bahan tindak balas pengehad dahulu.
2Soalan latihan
1.Imbangan jisimSederhana
Berapakah aliran 2 yang mesti ditambah setiap jam kepada aliran 1 supaya hasil campuran mengandungi 30% garam? Cari ṁ2.
ṁ1 = 550 kg/hx1 = 10 %x2 = 35 %x3 = 30 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
Satu penyejat memekatkan larutan NaOH dengan mendidihkan air tulen. Cari aliran hasil P dalam kg/h.
F = 1200 kg/hxF = 7 %xP = 45 %
P = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
minyak ringan panas menyejukkan air dalam penukar haba aliran berlawanan tanpa kehilangan haba. Cari suhu keluaran air tout.
ṁh = 1.5 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 150 → 100 °Cṁc = 1.5 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 15 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
campuran glikol panas memanaskan air dalam penukar yang kehilangan 15% haba yang dibebaskan oleh aliran panas kepada persekitaran. Cari kadar alir air ṁc yang diperlukan.
ṁh = 2.5 kg/scp,h = 3.6 kJ/(kg·K)Th: 120 → 80 °Ct: 15 → 65 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 15 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
Satu tangki 30 L mengandungi 380 g Ar pada 100 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.
m = 380 gM = 39.95 g/molV = 30 LT = 100 °CR = 8.314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas unggulSukar
Jumlah Ar yang tetap berubah daripada 400 kPa, 5 L, 15 °C kepada 400 kPa dan 130 °C. Cari isi padu baharu V2.
P1 = 400 kPaV1 = 5 LT1 = 15 °CP2 = 400 kPaT2 = 130 °C
V2 = L
7.StoikiometriSederhana
16 g Al dan 64 g Cl2 bertindak balas mengikut 2Al + 3Cl2 → 2AlCl3. Berapakah jisim m bagi AlCl3 yang boleh terbentuk?
M(Al) = 26.98M(Cl2) = 70.9M(AlCl3) = 133.33 g/mol
m = g
8.StoikiometriSukar
Dalam tindak balas Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2, 6 g Fe2O3 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 3.57 g Fe dikutip. Cari hasil peratusan Y.
M(Fe2O3) = 159.69 g/molM(Fe) = 55.85 g/molsebenar: 3.57 g
Y = %
3Larutan
1.Imbangan jisim
Jawapan: ṁ2 = 2200 kg/h
Imbangan jisim keadaan mantap: masuk = keluar bagi jumlah dan bagi setiap komponen. Masalah pengadunan menggabungkan kedua-duanya.
Imbangan
Total: ṁ3 = ṁ1 + ṁ2
garam: ṁ1x1 + ṁ2x2 = (ṁ1 + ṁ2)x3
Selesaikan untuk ṁ2
ṁ2 = ṁ1(x1 − x3)/(x3 − x2) = 550·(10 − 30)/(30 − 35) = 2200 kg/h
Jawapan
ṁ2 = 2200 kg/h
2.Imbangan jisim
Jawapan: P = 186.7 kg/h
Komponen penghubung: komponen yang melalui satu aliran tanpa berubah (di sini zat terlarut) menghubungkan aliran secara langsung. Kemudian imbangan jumlah memberikan yang selebihnya.
Imbangan zat terlarut
F·xF = P·xP → P = 1200·7/45 = 186.7 kg/h
Jawapan
P = 186.7 kg/h
3.Imbangan tenaga
Jawapan: tout = 40.12 °C
Imbangan tenaga penukar: tanpa kehilangan, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).
Haba yang dibebaskan oleh aliran panas
Q = 1.5·2.1·(150 − 100) = 157.5 kW
Haba yang diserap oleh air
tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 15 + 157.5/(1.5·4.18) = 40.12 °C
Jawapan
tout = 40.12 °C
4.Imbangan tenaga
Jawapan: ṁc = 1.464 kg/s
Imbangan tenaga dengan kehilangan: haba dibebaskan = haba diserap + haba hilang.
Haba dibebaskan
Qh = 2.5·3.6·(120 − 80) = 360 kW
Haba yang sampai kepada air
Qc = (1 − 0.15)·360 = 306 kW
Kadar alir air
ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 306/(4.18·50) = 1.464 kg/s
Jawapan
ṁc = 1.464 kg/s
5.Hukum gas unggul
Jawapan: P = 983.6 kPa
Hukum gas unggul: PV = nRT, dengan n = m/M.
Mol
n = m/M = 380/39.95 = 9.512 mol
T = 100 + 273.15 = 373.1 K
Tekanan
P = nRT/V = 9.512·8.314·373.1/0.03 = 983.6 kPa
Jawapan
P = 983.6 kPa
6.Hukum gas unggul
Jawapan: V2 = 6.995 L
Hukum gas gabungan: bagi jumlah gas unggul yang tetap, P1V1/T1 = P2V2/T2.
Suhu mutlak
T1 = 288.1 K, T2 = 403.1 K
Hukum gas gabungan
V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 5·(400/400)·(403.1/288.1) = 6.995 L
Jawapan
V2 = 6.995 L
7.Stoikiometri
Jawapan: m = 79.07 g
Stoikiometri: persamaan seimbang mengira zarah, bukan gram. Tukar jisim kepada mol dengan n = m/M, gunakan pekali persamaan sebagai nisbah mol, kemudian tukar balik dengan m = n·M. Dengan dua bahan tindak balas, bahan tindak balas pengehad ialah yang habis dahulu dan menentukan berapa banyak hasil terbentuk.
Mol setiap bahan tindak balas
n(Al) = 16/26.98 = 0.593 mol
n(Cl2) = 64/70.9 = 0.9027 mol
Bahan tindak balas pengehad
0.593/2 = 0.2965, 0.9027/3 = 0.3009 → Al
Jisim hasil
n(AlCl3) = 0.2965·2 = 0.593 mol
m = 0.593·133.33 = 79.07 g
Jawapan
m = 79.07 g
8.Stoikiometri
Jawapan: Y = 85.06 %
Stoikiometri: persamaan seimbang mengira zarah, bukan gram. Tukar jisim kepada mol dengan n = m/M, gunakan pekali persamaan sebagai nisbah mol, kemudian tukar balik dengan m = n·M. Dengan dua bahan tindak balas, bahan tindak balas pengehad ialah yang habis dahulu dan menentukan berapa banyak hasil terbentuk.
Hasil teori
n(Fe2O3) = 6/159.69 = 0.03757 mol
m = 0.03757·2/1·55.85 = 4.197 g
Hasil peratusan
Y = 3.57/4.197·100 = 85.06%
Jawapan
Y = 85.06%
ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances